光(guang)谱共(gong)(gong)(gong)焦(jiao)位移(yi)(yi)(yi)传(chuan)(chuan)感器(qi)是一(yi)种(zhong)基于光(guang)波长(zhang)偏移(yi)(yi)(yi)调制的(de)(de)(de)(de)非接触式位移(yi)(yi)(yi)传(chuan)(chuan)感器(qi)。它(ta)(ta)也是一(yi)种(zhong)新型(xing)极高(gao)精(jing)(jing)密度、极高(gao)可(ke)靠(kao)性的(de)(de)(de)(de)光(guang)学(xue)位移(yi)(yi)(yi)传(chuan)(chuan)感器(qi)，近(jin)些(xie)年(nian)(nian)对(dui)迅速、精(jing)(jing)确的(de)(de)(de)(de)非接触式测量变得更加关键。光(guang)谱共(gong)(gong)(gong)焦(jiao)位移(yi)(yi)(yi)传(chuan)(chuan)感器(qi)不(bu)但可(ke)以(yi)精(jing)(jing)确测量偏移(yi)(yi)(yi)，还可(ke)用(yong)作(zuo)圆直径的(de)(de)(de)(de)精(jing)(jing)确测量，及其(qi)塑料薄膜的(de)(de)(de)(de)折光(guang)率(lv)和(he)厚度的(de)(de)(de)(de)精(jing)(jing)确测量，在电子光(guang)学(xue)计(ji)量检定(ding)(ding)、光(guang)化学(xue)反应(ying)、生物医学(xue)工程电子光(guang)学(xue)等(deng)(deng)领域具备(bei)大(da)量应(ying)用(yong)市场前景。光(guang)谱共(gong)(gong)(gong)焦(jiao)位移(yi)(yi)(yi)传(chuan)(chuan)感器(qi)的(de)(de)(de)(de)诞生归功于共(gong)(gong)(gong)聚焦(jiao)显微(wei)镜研(yan)(yan)究。它(ta)(ta)们工作(zuo)中(zhong)原理(li)类似，都基于共(gong)(gong)(gong)焦(jiao)原理(li)。1955年(nian)(nian)，马文·明斯基依(yi)据共(gong)(gong)(gong)焦(jiao)原理(li)研(yan)(yan)发出(chu)共(gong)(gong)(gong)焦(jiao)光(guang)学(xue)显微(wei)镜。接着，Molesini等(deng)(deng)于1984年(nian)(nian)给出(chu)了(le)(le)光(guang)谱深(shen)层扫描(miao)仪原理(li)，并将(jiang)其(qi)用(yong)于表面(mian)轮(lun)廓(kuo)仪。后来(lai)在1992年(nian)(nian)，Browne等(deng)(deng)人又把(ba)它(ta)(ta)运(yun)用(yong)到(dao)(dao)共(gong)(gong)(gong)聚焦(jiao)显微(wei)镜中(zhong)，应(ying)用(yong)特殊目镜造(zao)成散射(she)(she)开展(zhan)高(gao)度测量，不(bu)用(yong)彩色扫描(miao)，提升了(le)(le)测量速度。a.Ruprecht等(deng)(deng)运(yun)用(yong)透射(she)(she)分(fen)束制定(ding)(ding)了(le)(le)超色差镜片，a.Miks探(tan)讨了(le)(le)运(yun)用(yong)与不(bu)一(yi)样玻璃材质连接的(de)(de)(de)(de)镜片得到(dao)(dao)镜头(tou)焦(jiao)距与波长(zhang)线性关系的(de)(de)(de)(de)办法。除开具有μm乃至纳米技(ji)术屏幕分(fen)辨率(lv)以(yi)外，光(guang)谱共(gong)(gong)(gong)焦(jiao)位移(yi)(yi)(yi)传(chuan)(chuan)感器(qi)还具备(bei)对(dui)表层质量要求低(di)，容许(xu)更多的(de)(de)(de)(de)倾斜度和(he)达(da)到(dao)(dao)千(qian)HZ的(de)(de)(de)(de)输出(chu)功率(lv)的(de)(de)(de)(de)优势。光(guang)谱共(gong)(gong)(gong)焦(jiao)技(ji)术的(de)(de)(de)(de)研(yan)(yan)究和(he)应(ying)用(yong)将(jiang)推动中(zhong)国科技(ji)事业(ye)的(de)(de)(de)(de)发展(zhan)。智能光(guang)谱共(gong)(gong)(gong)焦(jiao)操作(zuo)方法

物体的(de)(de)(de)表面形貌可以基于距离的(de)(de)(de)确(que)定(ding)来进(jin)行。光谱(pu)(pu)共焦传感器还可用于测(ce)(ce)(ce)(ce)量(liang)(liang)(liang)气(qi)缸套的(de)(de)(de)圆度(du)(du)(du)、直径、粗糙(cao)度(du)(du)(du)和表面结构。当测(ce)(ce)(ce)(ce)量(liang)(liang)(liang)对(dui)象包(bao)含不(bu)同(tong)(tong)类型的(de)(de)(de)材料(liao)(liao)（例(li)如塑料(liao)(liao)和金属）时(shi)，尽管距离值保持不(bu)变(bian)，但反射率会(hui)突出材料(liao)(liao)之间的(de)(de)(de)差异。划痕和不(bu)平整会(hui)影响反射度(du)(du)(du)并(bing)变(bian)得(de)可见(jian)。在检测(ce)(ce)(ce)(ce)到信号强度(du)(du)(du)的(de)(de)(de)变(bian)化后(hou)，系统会(hui)创建目标(biao)及(ji)其精(jing)细结构的(de)(de)(de)精(jing)确(que)图(tu)像。 除了距离测(ce)(ce)(ce)(ce)量(liang)(liang)(liang)之外(wai)，另一种选择是(shi)使(shi)用信号强度(du)(du)(du)进(jin)行测(ce)(ce)(ce)(ce)量(liang)(liang)(liang)，这(zhei)可以实(shi)现精(jing)细结构的(de)(de)(de)可视化。通过(guo)恒定(ding)的(de)(de)(de)曝光时(shi)间，可以获得(de)关于表面评估(gu)的(de)(de)(de)附加信息，而这(zhei)靠距离测(ce)(ce)(ce)(ce)量(liang)(liang)(liang)是(shi)不(bu)可能的(de)(de)(de)。芜湖新(xin)型光谱(pu)(pu)共焦该(gai)技术可以采集(ji)样品不(bu)同(tong)(tong)深(shen)度(du)(du)(du)处(chu)的(de)(de)(de)光谱(pu)(pu)信息进(jin)行测(ce)(ce)(ce)(ce)量(liang)(liang)(liang)。

光(guang)(guang)谱(pu)共焦技(ji)术将轴(zhou)向距离(li)与波长建(jian)立起一(yi)套编码规则，是一(yi)种高(gao)精度、非接(jie)触的(de)光(guang)(guang)学测(ce)量(liang)(liang)技(ji)术。基(ji)于(yu)光(guang)(guang)谱(pu)共焦技(ji)术的(de)传(chuan)感(gan)器(qi)作为一(yi)种亚微米(mi)级、快速精确测(ce)量(liang)(liang)的(de)传(chuan)感(gan)器(qi)，已经被大量(liang)(liang)应(ying)用于(yu)表面微观形状(zhuang)、厚(hou)度测(ce)量(liang)(liang)、位移测(ce)量(liang)(liang)、在(zai)线监控及过程控制等工业测(ce)量(liang)(liang)领域。展望其(qi)未来(lai)，随(sui)着光(guang)(guang)谱(pu)共焦传(chuan)感(gan)技(ji)术的(de)发展，必将在(zai)微电子、线宽测(ce)量(liang)(liang)、纳米(mi)测(ce)试、超精密几何量(liang)(liang)计量(liang)(liang)测(ce)试等领域得到更多的(de)应(ying)用。光(guang)(guang)谱(pu)共焦技(ji)术是在(zai)共焦显微术基(ji)础上发展而来(lai)，其(qi)无需(xu)轴(zhou)向扫描(miao)，直(zhi)接(jie)由波长对应(ying)轴(zhou)向距离(li)信息，从(cong)而大幅提(ti)高(gao)测(ce)量(liang)(liang)速度。

采用(yong)对比测(ce)(ce)试(shi)方法，首先对基(ji)于(yu)(yu)(yu)白(bai)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)共(gong)(gong)(gong)焦(jiao)(jiao)(jiao)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)谱(pu)(pu)技术的(de)(de)(de)(de)靶(ba)(ba)(ba)丸(wan)外(wai)表(biao)(biao)(biao)面(mian)轮廓测(ce)(ce)量(liang)精(jing)度进(jin)(jin)行了考核(he)，图5(a)是靶(ba)(ba)(ba)丸(wan)外(wai)表(biao)(biao)(biao)面(mian)轮廓的(de)(de)(de)(de)原(yuan)(yuan)子(zi)(zi)(zi)力(li)显(xian)(xian)(xian)微(wei)镜(jing)轮廓仪(yi)和(he)(he)白(bai)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)共(gong)(gong)(gong)焦(jiao)(jiao)(jiao)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)谱(pu)(pu)轮廓仪(yi)的(de)(de)(de)(de)测(ce)(ce)量(liang)曲线。为了便于(yu)(yu)(yu)比较，将原(yuan)(yuan)子(zi)(zi)(zi)力(li)显(xian)(xian)(xian)微(wei)镜(jing)轮廓仪(yi)的(de)(de)(de)(de)测(ce)(ce)量(liang)数(shu)(shu)据(ju)(ju)进(jin)(jin)行了偏移。从(cong)图中可以(yi)看出，二者的(de)(de)(de)(de)低(di)(di)阶轮廓整体相(xiang)似，局部的(de)(de)(de)(de)轮廓信(xin)息存(cun)在一定的(de)(de)(de)(de)偏差(cha)，原(yuan)(yuan)因在于(yu)(yu)(yu)二者在靶(ba)(ba)(ba)丸(wan)赤道附(fu)近的(de)(de)(de)(de)精(jing)确测(ce)(ce)量(liang)圆(yuan)周轮廓结果不一致(zhi);此外(wai)，白(bai)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)共(gong)(gong)(gong)焦(jiao)(jiao)(jiao)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)谱(pu)(pu)的(de)(de)(de)(de)信(xin)噪(zao)比较原(yuan)(yuan)子(zi)(zi)(zi)力(li)低(di)(di)，这表(biao)(biao)(biao)明白(bai)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)共(gong)(gong)(gong)焦(jiao)(jiao)(jiao)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)谱(pu)(pu)适用(yong)于(yu)(yu)(yu)靶(ba)(ba)(ba)丸(wan)表(biao)(biao)(biao)面(mian)低(di)(di)阶的(de)(de)(de)(de)轮廓误差(cha)的(de)(de)(de)(de)测(ce)(ce)量(liang)。图5(b)是靶(ba)(ba)(ba)丸(wan)外(wai)表(biao)(biao)(biao)面(mian)轮廓原(yuan)(yuan)子(zi)(zi)(zi)力(li)显(xian)(xian)(xian)微(wei)镜(jing)轮廓仪(yi)测(ce)(ce)量(liang)数(shu)(shu)据(ju)(ju)和(he)(he)白(bai)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)共(gong)(gong)(gong)焦(jiao)(jiao)(jiao)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)谱(pu)(pu)轮廓仪(yi)测(ce)(ce)量(liang)数(shu)(shu)据(ju)(ju)的(de)(de)(de)(de)功(gong)率(lv)(lv)谱(pu)(pu)曲线，从(cong)图中可以(yi)看出，在模数(shu)(shu)低(di)(di)于(yu)(yu)(yu)100的(de)(de)(de)(de)功(gong)率(lv)(lv)谱(pu)(pu)范围内(nei)，两种方法的(de)(de)(de)(de)测(ce)(ce)量(liang)结果一致(zhi)性较好(hao)，当模数(shu)(shu)大于(yu)(yu)(yu)100时(shi)，白(bai)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)共(gong)(gong)(gong)焦(jiao)(jiao)(jiao)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)谱(pu)(pu)的(de)(de)(de)(de)测(ce)(ce)量(liang)数(shu)(shu)据(ju)(ju)大于(yu)(yu)(yu)原(yuan)(yuan)子(zi)(zi)(zi)力(li)显(xian)(xian)(xian)微(wei)镜(jing)的(de)(de)(de)(de)测(ce)(ce)量(liang)数(shu)(shu)据(ju)(ju)，这也反(fan)应(ying)了白(bai)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)共(gong)(gong)(gong)焦(jiao)(jiao)(jiao)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)谱(pu)(pu)仪(yi)在高(gao)频(pin)段测(ce)(ce)量(liang)数(shu)(shu)据(ju)(ju)信(xin)噪(zao)比相(xiang)对较差(cha)的(de)(de)(de)(de)特(te)点。由于(yu)(yu)(yu)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)谱(pu)(pu)传感器Z向分辨率(lv)(lv)比原(yuan)(yuan)子(zi)(zi)(zi)力(li)低(di)(di)一个(ge)量(liang)级，同时(shi)，受环境(jing)振动(dong)、光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)谱(pu)(pu)仪(yi)采样(yang)率(lv)(lv)及(ji)样(yang)品(pin)表(biao)(biao)(biao)面(mian)散射光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)等因素的(de)(de)(de)(de)影响(xiang)，共(gong)(gong)(gong)焦(jiao)(jiao)(jiao)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)谱(pu)(pu)检测(ce)(ce)数(shu)(shu)据(ju)(ju)高(gao)频(pin)随机噪(zao)声(sheng)可达100nm左右。光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)谱(pu)(pu)共(gong)(gong)(gong)焦(jiao)(jiao)(jiao)位移传感器可以(yi)实现对材(cai)料的(de)(de)(de)(de)振动(dong)频(pin)率(lv)(lv)和(he)(he)振动(dong)幅度的(de)(de)(de)(de)测(ce)(ce)量(liang)，对于(yu)(yu)(yu)研(yan)究材(cai)料的(de)(de)(de)(de)振动(dong)特(te)性具(ju)有(you)重要意义(yi)。

光谱(pu)共(gong)焦(jiao)(jiao)技术(shu)是在共(gong)焦(jiao)(jiao)显微(wei)术(shu)基(ji)础上(shang)(shang)发展(zhan)而来(lai)，其无需轴向扫(sao)描(miao)，直接(jie)由(you)波长对(dui)(dui)(dui)应(ying)轴向距离信息(xi)，从而大幅提高测(ce)量(liang)(liang)速度(du)。而基(ji)于光谱(pu)共(gong)焦(jiao)(jiao)技术(shu)的传(chuan)感(gan)器(qi)是近年来(lai)出现的一种高精度(du)、非接(jie)触式的新型(xing)传(chuan)感(gan)器(qi)，精度(du)理(li)论上(shang)(shang)可达 nm 量(liang)(liang)级。由(you)于光谱(pu)共(gong)焦(jiao)(jiao)传(chuan)感(gan)器(qi)对(dui)(dui)(dui)被(bei)测(ce)表(biao)面状况要求低，允许被(bei)测(ce)表(biao)面有更大的倾斜(xie)角，测(ce)量(liang)(liang)速度(du)快，实(shi)时性高，迅(xun)速成为(wei)工(gong)业(ye)测(ce)量(liang)(liang)的热门传(chuan)感(gan)器(qi)，大量(liang)(liang)应(ying)用于精密(mi)定位(wei)、薄膜厚度(du)测(ce)量(liang)(liang)、微(wei)观轮廓精密(mi)测(ce)量(liang)(liang)等领(ling)域。本文在论述(shu)光谱(pu)共(gong)焦(jiao)(jiao)技术(shu)原理(li)的基(ji)础上(shang)(shang)，列举了光谱(pu)共(gong)焦(jiao)(jiao)传(chuan)感(gan)器(qi)在几何量(liang)(liang)计量(liang)(liang)测(ce)试中的典型(xing)应(ying)用，探讨共(gong)焦(jiao)(jiao)技术(shu)在未来(lai)精密(mi)测(ce)量(liang)(liang)的进(jin)一步(bu)应(ying)用，展(zhan)望其发展(zhan)前(qian)景。光谱(pu)共(gong)焦(jiao)(jiao)位(wei)移传(chuan)感(gan)器(qi)可以实(shi)现对(dui)(dui)(dui)材料的变形(xing)过程(cheng)进(jin)行精确测(ce)量(liang)(liang)，对(dui)(dui)(dui)于研究材料的变形(xing)行为(wei)具(ju)有重要意义。南(nan)通常(chang)用光谱(pu)共(gong)焦(jiao)(jiao)

国内外已经(jing)有(you)很(hen)多光(guang)(guang)谱共(gong)焦技术的研究成果发表。智能光(guang)(guang)谱共(gong)焦操作方法

在实践中(zhong)，光(guang)(guang)谱(pu)(pu)(pu)共(gong)(gong)(gong)焦(jiao)(jiao)(jiao)位移传感(gan)器(qi)可(ke)(ke)用(yong)(yong)于很(hen)多(duo)方(fang)面，如(ru)：利用(yong)(yong)独特的(de)(de)光(guang)(guang)谱(pu)(pu)(pu)共(gong)(gong)(gong)焦(jiao)(jiao)(jiao)测量原(yuan)理(li)，凭借一只探头(tou)就可(ke)(ke)以(yi)实现(xian)对(dui)(dui)玻璃等透(tou)明材料进(jin)行精(jing)确的(de)(de)单向厚度测量。光(guang)(guang)谱(pu)(pu)(pu)共(gong)(gong)(gong)焦(jiao)(jiao)(jiao)位移传感(gan)器(qi)有效监控(kong)药剂盘以(yi)及铝(lv)塑(su)泡罩包装的(de)(de)填充量。可(ke)(ke)以(yi)使传感(gan)器(qi)完成对(dui)(dui)被测表面的(de)(de)精(jing)确扫(sao)描，实现(xian)纳(na)米级的(de)(de)分辨率(lv)。光(guang)(guang)谱(pu)(pu)(pu)共(gong)(gong)(gong)焦(jiao)(jiao)(jiao)传感(gan)器(qi)可(ke)(ke)以(yi)单向对(dui)(dui)试剂瓶的(de)(de)壁(bi)厚进(jin)行测量:,而(er)且(qie)对(dui)(dui)瓶壁(bi)没(mei)有压力。可(ke)(ke)通过设计(ji)转(zhuan)向反射镜实现(xian)孔壁(bi)的(de)(de)结构检测及凹(ao)槽深度的(de)(de)测盘。（创(chuang)视智能(neng)已推出了90°侧向出光(guang)(guang)版本探头(tou)，可(ke)(ke)以(yi)直接进(jin)行深孔和凹(ao)槽的(de)(de)测量）光(guang)(guang)谱(pu)(pu)(pu)共(gong)(gong)(gong)焦(jiao)(jiao)(jiao)传感(gan)器(qi)用(yong)(yong)于层和玻璃间隙(xi)(xi)测且(qie)，以(yi)确定单层玻璃之间的(de)(de)间隙(xi)(xi)厚度。智能(neng)光(guang)(guang)谱(pu)(pu)(pu)共(gong)(gong)(gong)焦(jiao)(jiao)(jiao)操作方(fang)法

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